【摘要】： 在嚴(yán)寒地區(qū),由于冬季氣溫,沼氣的生產(chǎn)存在產(chǎn)氣率低、使用率低等問(wèn)題,甚至?xí)霈F(xiàn)凍裂沼氣池的現(xiàn)象。本文針對(duì)這一問(wèn)題,提出利用太陽(yáng)能聯(lián)合沼氣鍋爐加熱系統(tǒng),加熱沼氣池以提高池溫。太陽(yáng)能聯(lián)合沼氣鍋爐加熱系統(tǒng)制取的熱水通過(guò)沼氣池底部及周邊的地?zé)峁軄?lái)加熱料液,結(jié)合溫控系統(tǒng),保持池體內(nèi)部溫度在最佳發(fā)酵溫度:冬季保持在35℃,夏季保持在55℃。論文以模擬分析計(jì)算為主,對(duì)聯(lián)合加熱系統(tǒng)在全年不同氣象條件下進(jìn)行計(jì)算模擬,驗(yàn)證系統(tǒng)在嚴(yán)寒地區(qū)是可行的。 在理論方面,詳細(xì)介紹了太陽(yáng)輻射、土壤溫度場(chǎng)、溫度對(duì)沼氣產(chǎn)氣率的影響、太陽(yáng)能集熱器等基本理論知識(shí),同時(shí)建立了沼氣池周圍土壤傳熱數(shù)學(xué)模型,確定模型邊界條件。 在分析計(jì)算方面,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,優(yōu)化計(jì)算池體容積、太陽(yáng)能集熱器面積;在全年不同的氣象條件下,確定系統(tǒng)運(yùn)行工況。 在模擬方面,利用FLUENT軟件對(duì)沼氣及周邊土壤溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬,根據(jù)模擬結(jié)果確定池體散熱量;并對(duì)池體內(nèi)部、保溫層及周邊土壤的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析,據(jù)此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析設(shè)計(jì)。 最后選取最冷月做為計(jì)算月,詳細(xì)計(jì)算太陽(yáng)能輻射量、集熱器集熱量、池體散熱負(fù)荷,確定系統(tǒng)在全年不同月份的太陽(yáng)能保證率,并對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析,進(jìn)一步驗(yàn)證了聯(lián)合加熱系統(tǒng)在嚴(yán)寒地區(qū)是可行的。 本文提出的系統(tǒng)對(duì)北方嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)計(jì)修建大中型沼氣池有一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：S216.4
【圖文】：

第4章 沼氣池及周邊土壤數(shù)理模型建立4.1 物理模型的建立圖4-1 沼氣池的物理模型Figure 4-1 Physics model of digester fermenting模型中 A 面定義為土壤上表面，B 面定義為土壤周邊，C 面定義為土壤下表面，D 面定義為沼氣池上表面。太陽(yáng)能加熱制沼氣系統(tǒng)是由太陽(yáng)能聯(lián)合沼氣鍋爐加熱系統(tǒng)和沼氣產(chǎn)生系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)組成，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)建立準(zhǔn)確的數(shù)理模型比較困難。為了便于計(jì)算和模擬分析作出以下假設(shè)：(1)在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中，將所有太陽(yáng)能集熱器作為整體進(jìn)行計(jì)算；(2)載熱流體的熱物性不隨溫度變化，假定為常值；(3)按穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算，忽略一天之內(nèi)室外溫度變化對(duì)土壤溫度場(chǎng)影響；(4)忽略沼氣池內(nèi)發(fā)酵料液發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱；(5)忽略沼氣池上層的儲(chǔ)氣空間

池體周邊加熱層及池體內(nèi)部，不同區(qū)域需選擇不同的網(wǎng)格間距進(jìn)行劃分。見(jiàn)圖 4-2。圖4-2 研究區(qū)域網(wǎng)格劃分示意圖Figure 4-2 Schematic diagram of net partition in study area4.5 利用 FLUENT 軟件的求解方法Fluent 是目前功能最全面、適用性最廣、國(guó)內(nèi)使用最廣泛的 CFD 軟件之一。Fluent 軟件的后處理模塊具有三維顯示功能，展現(xiàn)各種流動(dòng)特性，可以用動(dòng)畫(huà)功能演示非定常過(guò)程，可以使模擬結(jié)果非常直觀。在使用 FLUENT 前，應(yīng)針對(duì)所要求解的物理問(wèn)題，制訂比較詳細(xì)的求解方案，應(yīng)先考慮幾個(gè)主要因素，包括決定 CFD 模型目標(biāo)、選擇物理模型和計(jì)算模型、決定求解過(guò)程。然后根據(jù)以下步驟進(jìn)行求解計(jì)算：(1)創(chuàng)建幾何模型和網(wǎng)格模型（在 GAMBIT 前處理軟件中完成）；(2)啟動(dòng) FLUENT 求解器；(3)導(dǎo)入網(wǎng)格模型；(4)檢查網(wǎng)格模型是否存在問(wèn)題；

圖 5-2 池體內(nèi)部縱剖面溫度場(chǎng)分布圖Figure 5-2 Section contour of temperature distribution in the plan of pool of biogas

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 李麗麗;施偉;;太陽(yáng)能沼氣池自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年09期

2 李麗麗;施偉;;太陽(yáng)能聯(lián)合電加熱沼氣控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];湖北農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年19期

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4 張富強(qiáng);孟祥睿;魏新利;;沼氣池散熱量與內(nèi)部溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬研究[J];湖南農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年01期

5 李麗麗;施偉;;太陽(yáng)能聯(lián)合鍋爐沼氣池智能溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年01期

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1 王麗麗;沼氣產(chǎn)業(yè)化基本理論與大中型沼氣工程資源配置優(yōu)化研究[D];吉林大學(xué);2012年

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2 楊萌;嚴(yán)寒地區(qū)太陽(yáng)能-土壤源熱泵聯(lián)合加熱沼氣池的模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 張富強(qiáng);養(yǎng)殖場(chǎng)中多能源系統(tǒng)應(yīng)用的可行性研究[D];鄭州大學(xué);2012年

4 沈佳悅;太陽(yáng)能加熱的三級(jí)恒溫沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行策略優(yōu)化研究[D];蘭州理工大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2779861